淺談國內單兵野外飲水設備的發展現狀

張垚，王曉亮，張成飛，劉怡，王倩倩，郭輝＊

（大連大學，遼寧 大連 116622）

淺談國內單兵野外飲水設備的發展現狀

張垚，王曉亮，張成飛，劉怡，王倩倩，郭輝＊

（大連大學，遼寧 大連 116622）

隨著部隊執行抗震救災等多樣化軍事任務的日益增多，保證官兵能夠在野外喝到干凈的飲用水，是野外執行任務需要解決的關鍵問題。近幾年，凈水材料不斷更新，凈水工藝也隨之發生著變化。文章簡述了單兵野外凈水設備的要求、研究進展和發展趨勢。

野外飲水；單兵凈水器；便攜式

近年來，戶外運動越來越受大家歡迎，人們對戶外運動裝備的要求也隨之提高。我國很多地區水質較差，能作為戶外飲用水的水源主要有山泉、溪流、湖泊和自然降雨等，但這些水源中往往含有大量致病菌、重金屬離子等對人體有害物質。由于在戶外活動中難以攜帶大量純凈水、無明火加熱設備又不完善和攜帶不方便等原因，戶外便攜式微型凈水器的出現就有效地解決了這個難題。飲用水是部隊后勤保障的重要組成部分，特別是當部隊在特殊環境下執行任務時，供水保障的地位就更為突出，影響著整個部隊作戰能力的發揮，野戰供水保障問題成為世界性研究課題。

1 單兵野外飲水設備的要求

作為凈水處理設備，單兵野外飲水設備處理后的水應滿足國家飲用水衛生要求。戶外凈水器由于輕巧、便于攜帶等特點，在外出活動時可作為安全飲用水的保障設備。但部隊屬于特殊群體，由于部隊在野外作戰、演習以及搶險救災等任務的多樣性，因此對野外飲水設備也有更高的要求。單兵野外飲水設備應具備的條件有：凈水效果好，能夠提供安全的飲用水；體積小、攜帶方便、操作簡單；材料抗沖擊性強、抗腐蝕性好，無毒副作用；水處理能力強，即濾即飲，所需壓力小；濾芯不易堵塞，方便清洗、更換。

因為單兵野外飲水設備使用環境不確定，所以，要求其過濾功能能夠滿足使用要求，如遇到水體中含有毒有害化學物質時，要求濾芯能夠將重金屬、氰化物、氯化物以及農藥等有毒有害物質過濾掉。軍隊在野外執行任務時，環境條件較差，時間緊迫，部隊野外飲用水的保障對減少非戰爭傷亡有著極大的作用，也是部隊后勤保障工作的重中之重，安全飲用水可以減少水源性疾病的爆發，有利于提高軍隊的作戰能力。

2 單兵凈水器

未經處理的水可能含有潛在致病因子，包括細菌、病毒和一些較高級寄生蟲的幼蟲，如肝吸蟲和蛔蟲。可能存在化學污染物，如農藥、重金屬和合成有機物。其它組分可能會影響味道，如產生土臭味素的放線菌，同時微咸水或海水作為水源時有咸味。常見的金屬污染物如銅和鉛可以通過使用蘇打灰或石灰提高pH來處理，沉淀這種金屬。單兵凈水器也可稱為便攜式凈水器，屬于戶外凈水器的一種類型，是一種適用于從事野外執行任務官兵使用的便攜式飲水保障設備，在使用過程中，可直接將自來水、溪流水、河水以及其它天然水源凈化成可直接飲用的安全飲用水。由于使用環境和需求不同，單兵凈水器通常有以下幾種：投加消毒藥片與簡單過濾組成的單兵凈水器，常用的消毒藥片有碘晶體、次氯酸鈉、次氯酸鈣等；安裝紫外線燈的單兵凈水器，紫外線通過光誘導在DNA上形成共價鍵，從而防止微生物繁殖，但這種凈水器需要水源濁度相對較小，通常先處理后在進行紫外線殺菌；常用的單兵凈水器凈水濾芯由超濾膜、反滲透膜與活性炭、麥飯石等組成，生產方便，可以軟化水質、改善口感，也能除去水中重金屬，出水水質能夠達到國家飲用水安全標準。

3 單兵凈水器的研究進展

戶外活動人群對便攜式凈水器的需求帶動了單兵凈水器的發展。傳統的凈水方法有加消毒藥片、自然澄清，但投加消毒藥片不能將水中微生物徹底除盡，而且也不能消除水中重金屬的污染，同時消毒藥劑還會使水中存在異味。因此研發新型的單兵凈水設備是解決野外用水有效、快捷的途徑。

3.1 凈水材料

目前較為先進的凈水濾芯材料主要有超濾膜和反滲透膜。超濾是一種利用膜分離技術來篩除顆粒直徑大于0．01微米的顆粒的過程，包括篩除溶液中細菌、膠體和病毒等。超濾可用于從原水中除去顆粒物和大分子以產生飲用水，它已經被用于替代在水處理廠中使用的現有的二次（凝結、絮凝、沉淀）和三級過濾（砂過濾和氯化）系統，或者作為獨立的系統在水處理領域使用。當用高懸浮固體處理水時，超濾通常被整合到該過程中，利用初級（篩選、浮選、過濾）和一些二次處理作為預處理階段。超濾膜對水中的懸浮物和膠質有非常優良的過濾能力，對污水渾濁度的去除效果非常明顯，去除率達到 99%以上。現有的便攜式凈水器大多使用超濾膜，主要為中空纖維超濾膜和陶瓷濾膜。中空纖維超濾膜目前發展較為成熟，也得到了很大的推廣使用，中空纖維超濾膜有效膜面積大、水通量大、不易堵塞。王利穎等人通過50%改性中空纖維超濾膜，能夠有效改善出水水質，相比于未改性膜，改性膜對二級出水中 DOC 和UV254的去除率分別提高了 37%和56%，改性膜對水中的腐殖類、蛋白質類物質去除率分別提高了2．8 倍和1．4倍。陶瓷膜具有耐酸堿、耐高溫、抗腐蝕等功能，同時陶瓷膜有著較好的熱穩定性，使用壽命長、易清洗。但由于陶瓷膜材質少、質脆，國內生產技術不成熟，生產成本高，因此應用也相對較少。反滲透濾膜是一種利用特殊材料模擬生物半透膜制成的具有半透性能的薄膜。凈水機所采用的反滲透膜孔徑可達到0．0001 微米，工作時，在進水側施加一定的壓力，使水分子通過反滲透膜，而溶解在水中的重金屬、細菌、病毒、有機物等有害物質物質無法透過反滲透膜，從而去除水中重金屬、農藥、三氯甲烷等污染物。反滲透膜的性能受溫度、壓力、原水TDS 值影響顯著，水溫上升時，產水量會大幅上升，水溫下降時，產水量會大幅下降。反滲透膜較超濾膜過濾更加徹底，但反滲透膜過濾所需壓力大，需要加壓裝置，因此導致凈水器體積變大，且反滲透膜使用壽命較短。

3.2 凈水動力

目前國內研制的單兵凈水器凈水動力有很多，但基本上都處于理論研究階段。目前市場上的單兵凈水器凈水動力主要以水壺擠壓式、氣囊加壓式、活塞泵式為主。水壺擠壓式適用于盛水材質彈性較好的水壺或杯體，通過直接給壺體外部施加壓力產生凈水動力。氣囊加壓式的以張春雨等人發明的“一種氣囊式單兵凈水濾芯及單兵凈水壺”較為典型，此發明通過軟管將凈水器與加壓氣囊相連接，手握動加壓氣囊可增壓。活塞式通過拉桿連接活塞，將待凈化水注入凈水器，往復推動活塞產生壓力，達到凈水目的。類似于這種方式的凈水設計有劉傳勝等人設計的一種液壓式凈水濾芯及便攜式凈水壺，此設計通過增壓拉桿往復運動產生的壓力，使凈化濾芯內的水能夠充分凈化。電源式主要是通過壺體內安裝紫外燈等可產生殺菌射線的裝置來殺死細菌，但這種凈水方式仍需與濾膜配合使用來除去水中雜質。以上設計中存在的不足有功能單一，只適用于凈水而缺乏濾芯壽命的顯示預警設備，不便于及時更換濾芯。附加動力設備增加了凈水器體積，使得瓶體蓄水量減少、瓶體體積增大。

3.3 凈水工藝

單兵凈水器的凈水技術與工藝都相差不大，大多數通過PP棉、活性炭、超濾膜等處理，來解決水中存在的大顆粒物質和微生物。同時有些凈水設備為了改善出水水質口感，增設麥飯石層。也有一些凈水器出水口用反滲透膜處理，此方法雖然使凈化效果更好，但同時也增加了生產成本。其處理方式可主要通過：①“原水→膜過濾→活性炭→出水”；②“原水→活性炭→膜過濾→后置活性炭→出水”；③“原水→活性炭→碘樹脂→出水”；④“原水→PP棉→活性炭→反滲透膜→出水”；⑤原水→陶瓷膜→活性炭→麥飯石→出水”這五種工藝達到凈水目的。

4 發展趨勢

雖然國內單兵凈水設備有了很快的發展，但同樣有許多不足亟待完善。單一的凈水方式不能夠滿足各種環境下復雜水質的凈水需求。下面通過材料、水源、濾芯、配套檢測四個方面簡述未來單兵凈水器的發展趨勢。

（1）材料：采用低壓、高通水量的材料，研發更高效、質輕、緊湊的凈水裝備，簡化操作規程，提高凈水裝置的穩定性、可靠性、適應性，降低能耗。同時所用材料也應堅固耐用，使用壽命長。

（2）水源：一方面能處理江河湖泊水、泉水、地下水等傳統水資源。另一方面可處理非傳統水，例如空氣水的收集與處理（此設備用于水資源極度緊缺的環境中），如汽車尾氣制水、空氣制水等，在沒有外界補給的情況之下,也要能夠滿足部隊的供水需求。

（3）濾芯：一方面延長濾芯的使用壽命，研發可持續利用的濾芯材料，同時濾芯應能夠方便清洗、更換。另一方面增加濾芯更換的智能提示設備，根據預先測定的不同水質下的使用壽命計算濾芯的到期時間，方便使用者及時清洗更換，避免因濾芯更換不及時造成的二次污染。

（4）配套檢測：水檢測系統與凈水器的配合使用。在野外作戰、訓練中，不明水源水質情況難以用肉眼判斷，因此簡易、準確的水質檢測設備是單兵裝備中必不可少的，尤其在特種作戰和小分隊作戰中顯得更為重要。目前可運用的技術有TDS筆水質檢測儀，若將此類技術與凈水濾芯壽命顯示預警設備結合在一起，可更加準確判斷濾芯的到期時間。

5 結語

單兵凈水設備的研發與生產，一方面可以提高部隊野外作戰保障水平、減小水源性疾病等給戰斗力帶來的影響，同時也減輕部隊運配水保障的壓力。另一方面能夠解決農村偏遠地區飲用水污染問題及滿足廣大戶外運動愛好者的需求。近年來國內野營凈水裝備的研制和列裝工作取得了較大進展,但是與美國等發達國家相比仍有較大差距。不同地區、不同水樣，所需單兵凈水器的要求也有所不同。我國地域廣闊，經濟發展不平衡，環境污染程度不同，因此也需要單兵凈水器工藝有針對性。單兵凈水設備的研究，應該根據我軍官兵的體質特征和我軍現狀及未來戰爭特點進行研發，同時也應滿足廣大戶外運動愛好者的需求。

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1671-0711（2017）09（上）-0174-03

＊本文通訊作者：郭輝